Hier eine Themenübersicht, gefolgt von etwas detaillierteren Darstellungen. Ein anderer Generell sind Themenvariationen möglich, und auch selbst definierte Themen aus dem Bereich Echtzeitsysteme/Eingebettete Systeme können gerne besprochen werden. Ein weiterer Weg, um in kompakter Form einen Einblick in aktuelle Themen der Arbeitsgruppe zu bekommen, ist die Teilnahme an dem regelmäßig zu Semesterende bzw. in der vorlesungsfreien Zeit angebotenen Oberseminar.Die meisten Themen lassen sich sowohl als Bachelor-/Master-/Diplomarbeit als auch, mit eingeschränktem Umfang, als Studienarbeit definieren. Generell sind Themenvariationen möglich, und auch selbst definierte Themen aus dem Bereich Echtzeitsysteme/Eingebettete Systeme können gerne besprochen werden.

Hinweis: Es ist Studierenden ausdrücklich empfohlen, sich frühzeitig bei den verschiedenen Arbeitsgruppen über mögliche Themen der Abschlussarbeit zu informieren. WWW-Seiten wie diese hier sind ein guter erster Anlaufpunkt, und es ist eine gute Idee, sich vor einem Gespräch mit einem potenziellen Betreuer (Professor, Assistenten -- generell die Dozenten von Lehrveranstaltungen) über mögliche Themen einen Blick auf diese Seiten zu werfen. Es ist jedoch erfahrungsgemäß schwierig, auf solchen Seiten vollständige und aktuelle Informationen bereitzustellen; sie sollten daher eher als grober Indikator der jeweils möglichen Themenfelder dienen denn als konkrete Ausschreibungen. Um zu erfahren, welche Themen konkret verfügbar sind, zu dem angestrebten Zeitrahmen, sollte man auf jeden Fall die Dozenten konsultieren.

Die möglichen Themen sind im Folgenden thematisch gruppiert. Die Zahlen vor der Themenbeschreibung stehen für Prioritäten. Je kleiner die Zahl, desto wichtiger ist uns das Thema.

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Table of ContentsexcludeOutline

Automatic Graph Layout

Advisors: Ulf Rüegg, Christoph Daniel Schulze Sören Domrös, Max Kasperowski, Reinhard von Hanxleden.

Ein sehr wichtiger Teil des KIELER Projekts is wichtiges Gebiet für uns ist das automatische Layout von Diagrammen. Hierfür gibt es bereits Werkzeuge, die gute Algorithmen enthalten, so dass viele Diagramme bereits jetzt übersichtlich und automatisiert angeordnet werden können (siehe z.B. Graphviz). Für einige besondere Arten von Diagrammen sind diese allgemeinen Algorithmen jedoch nicht geeignet, da zusätzliche Anforderungen an das Layout erfüllt werden müssen. Außerdem ist häufig die technische Anbindung vorhandener Algorithmen umständlich. Nutzer müssen sich mit der Funktionsweise der Algorithmen beschäftigen, um sie für ihre Anwendung optimal konfigurieren zu können.

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» Algorithmen-Entwicklung. Wir implementieren vorhandene Ansätze zum Layout von Graphen in Java und binden sie in das KIELER Framework unser Projekt ein. Der Schwerpunkt liegt auf dem Entwurf von Erweiterungen, die spezielle Anforderungen unterstützen, z.B. für Datenfluss-Diagramme. Dies ist gut für alle geeignet, die sich gerne mit Graphentheorie, effizienten Algorithmen oder kombinatorischer Optimierung beschäftigen.

» Meta Layout. Hierunter verstehen wir ein abstraktes Layout, welches im Gegensatz zum konkreten Layout nicht durch (x,y) Koordinaten definiert ist, sondern den Nutzern verschiedene Schnittstellen bietet, um auf schnelle und einfache Weise die Layout-Algorithmen zu konfigurieren. Die große Herausforderung liegt dabei in der Entwicklung von Abstraktionsebenen, die den Nutzer möglichst direkt zu einem guten Layout führen und trotzdem flexibel genug sind.» Dienste. Algorithmen und Meta Layout müssen den Anwendern zugänglich gemacht werden, damit ein Nutzen daraus entsteht. Dazu müssen wir verschiedenste graphische Frameworks mit vorhandenen Layout-Bibliotheken integrieren und eine Reihe von Werkzeugen entwickeln, mit denen die Verfügbarkeit unserer Lösungen gesteigert wird. Hierzu gehört z.B. die Unterstützung von Standard-Graphenformaten sowie ein Web-Service für automatisches Layout.

• Evaluate Impact of Reversing Edges on Humans (Master)
  Reversing edges during the layer assignment problem as suggested by the previous topic may have a negative impact on the readability of diagram. User-studies should be carefully planned and conducted to answer two questions: which edges are naturally reversed by humans and does reversing too many edges worsen comprehensibility?
• Node Placement With a Focus on Compactness (Master)
  Node placement algorithms often try to draw as many edges as straight lines as possible. However, that usually results in less compact diagrams. The focus of this topic would be to devise or adapt a node placement algorithm that tries to strike a balance between straightness and compactness.

• Interactive Constraint Creation and Application in Automatic Layout (Bachelor, Master)
  Evaluate options how to create constraints on the layout like "Node x should be placed at position y" and how to implement this in the current layout algorithms. Assess how such constraints can be persisted within the model.
• Force Based Drawing with Port Constraints (Master)
  Develop methods for integrating port constraints in force-based drawing approaches. The resulting node placement shall be evaluated using an edge router such as libavoid on the model library of Ptolemy.

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Die Entwicklung geschieht im Eclipse Layout Kernel-Projekt (kurz ELK), einem offiziellen Eclipse-Projekt welches hauptsächlich wir betreuen und weiter entwickeln. Ergebnisse in diesem Bereich fließen damit einer tatsächlich existierenden Nutzerbasis zu.

Topics

• A Machine Learning Approach for Node Size Approximation in Top-down Layout
• Tree Layout with Vertical Position Constraints
• Node Placement with Flexible Node Size and Port Position

Further possible thesis topics can be found in ELK's GitHub repository. Note, however, that some issues there may already be worked on.

Modeling Pragmatics

Advisors: Niklas Rentz, Reinhard von Hanxleden, Ulf Rüegg, Christoph Daniel Schulze

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Topics

• Architecture Comparison Framework for Software Project Visualization

Semantics, Synchronous Languages and Model-based Design

Advisors: Steven Smyth, Alexander Schulz-Rosengarten, Reinhard v. Hanxleden

Heute haben sich eine ganze Reihe von Modellierungssprachen durchgesetzt, die grafische Modelle verwenden. Dazu zählen beispielsweise die Unified Modeling Language (UML) oder die Werkzeugketten Simulink/Stateflow von Mathworks und SCADE von Esterel-Technologies. Letztere werden insbesondere auch im Entwurf eingebetteter und sicherheitskritischer Systeme (z.B. in Fahr- und Flugzeugen) eingesetzt.

Wer bereits mit diesen Werkzeugen gearbeitet hat, kennt aber auch die Schwächen dieses Prozesses: Während die grafische Visualisierung hilfreich bei der Analyse des Systems sein kann, ist die Erstellung eines grafischen Modells meist sehr Zeitaufwändig. In den bisher meist vorherrschenden WYSIWYG Editoren müssen sich die Entwickler selbst um niedrige Tätigkeiten verdient machen, die mit dem eigentlichen System nichts zu tun haben: Zeichnen, Positionieren und Navigieren in einem grafischen Modell sind häufig die zeitraubendsten Schritte bei diesem Prozess. Das KIEL Projekt hat bereits für SyncCharts Modelle eindrucksvoll bewiesen, dass automatisches Layout von grafischen Modellen eine Vielzahl von neuen Möglichkeiten im modellbasierten Prozess ermöglicht.

Im KIELER Projekt wird dieser Ansatz verallgemeinert und auch für andere Sprachen umgesetzt. Das Projekt wird mit innovativen state-of-the-art Techniken des Software-Entwurfs entwickelt und bietet daher den Entwicklern Einblick in einen hoffentlich interessanten Entwicklungsprozess. Dies beinhaltet vor allem die Plug-in Entwicklung für die Eclipse Plattform und die Arbeit im Team, zu deren Unterstützung Projektmanagement-Werkzeuge wie dieses Conflunce Wiki eingesetzt werden.

Im Rahmen dieses Projektes gibt es Raum für zahlreiche Arbeiten mit übersichtlichem Umfang, die einen schönen (aber in sich abgeschlossenen) Beitrag zur Verbesserung der Handhabbarkeit vom modellbasierten Entwurf leisten können. 

In diesem Kontext sind Themenstellungen für Bachelor-/Master-/Diplom- und Studienarbeiten beispielhaft genannt. Bei Fragen oder sprechen Sie einen Betreuer bitte direkt an:

SCCharts Modelling & Transformations

• On the pragmatics of modeling large models in SCCharts (Bachelor/Master)
  Evaluate the possibilities to create and maintain large models in model-based languages (i.e. SCCharts) and provide suggestions for improvements
• Transformation of Circuits to SCCharts (Bachelor/Master)
  Implement a transformation that translates circuits to (dataflow) SCCharts.
• SCCharts Verification (Master/Bachelor)
  Add the possibility to perfom model checking on SCCharts
• Transformation Verification (Master/Bachelor)
  Develop a method for SCCharts to check transformations for semantic equivalence.
• Derive M2M Transformations from Pseudocode (Master/Bachelor)
  Create a Pseudocode DSL (and generator) to automatically derive M2M transformations. 
• Raceyard evaluation (Master)
  Evaluate the possibility for the use of SCCharts in the Raceyard context and pave the way for future experiments

SCCharts Code Generation & Optimizations

• Optimization of the SCCharts compiler/transformations (Bachelor/Master)
  Profile the actual SCCharts compiler/transformations and apply optimizations; also evaluate the possibility to use multiple cores for compilation.
• SCG Optimization based on SSA (Bachelor/Master)
  The Static Single Assignment form enables powerful optimizations such as sparse conditional constant propagation. Adjust and implement this algorithm in the context of SCGs and evaluate the result.
• Extend the SC MoC to handle priority-based variable accesses (Bachelor/Master)
  Add priorities to variable accesses to extend the SC MoC and therefore the number of valid sequentially constructive synchronous programs.
• Efficient data dependency & scheduling analyses in SCCharts (Master/Bachelor)
  Implement analyses for data dependency, scheduling (e.g. tick boundaries) for SCCharts to improve static scheduling of the compiler.
• Curing Schizophrenia in SCCharts (Master/Bachelor)
  Develop new synchronizer to handle schizophrenia properly (e.g. depth join).

SCCharts Simulation

• Visualization of Model-based Simulation via Tracing (Bachelor/Master)
  Use the already implemented Model-to-Model-Tracing in KIELER to visualize simulations. 
• Environment Simulations for SCCharts (Master/Bachelor)
  Develop a system to simulate environments (e.g. for Lego Mindstorms) for SCCharts in KIELER
• Core SCCharts Interpreter (Master/Bachelor)
  Implement an Interpreter for Core SCCharts.

Model-based C Code Compilation

• Incremental Model-based Compilation of Legacy C Programs (Bachelor/Master)
  Modify the model-based compiler in KIELER so that it is able to compile C to (S)CCharts incrementally.
• Execution of Recursive Dataflow Code (Master/Bachelor)
• Execution of Concurrent Dataflow Code (Master/Bachelor)
  Modify the model-based dataflow compiler in KIELER so that it is able to compile recursive/concurrent C programs.
  For Master students: Implement both.

Synchronous Languages

• Incremental Compilation of SCEst (Bachelor/Master)
  Modify the KIELER SCEst language so that KIELER is able to compile Esterel step-by-step to C via SCL.
  For Master Students: Also add the possibility to compile from SCCharts to SCEst. 
• eSCL - Implementing gotopause (Bachelor/Master)
  Create an extended dialect of the SC Language including the gotopause statement and implement a transformation to SCL.
• Quartz (Master)
  Integrate the synchronous Quartz language into KIELER for validation purposes and teaching.

Miscellaneous Topics

Advisors: to be determined.

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Synchronous languages are well-established for the design of embedded, in particular safety-critical systems. One of our research areas concerns the further development of such languages and their efficient compilation. Specifically, we explore the paradigm of "sequential constructiveness" for reconciling familiar, imperative programming concepts with the sound grounding of synchronous languages. One language we have developed to try out and validate our concepts is the SCCharts language, which keeps evolving and thus offers many opportunities for student theses.

Safety Analysis

Advisors: Jette Petzold, Reinhard v. Hanxleden

Topics

• Fault Tree Analysis (FTA) Support for the STPA VS Code Extension
• Reevaluation Suggestions in System-Theoretic Process Analysis
• Logical Simplification for Context Tables in the STPA VS Code Extension